[發明專利]變功率儲水式電熱水器的溫度模型構建方法

有效

• 申請號: 201911263643.4
• 申請日: 2019-12-11
• 公開（公告）號: CN111125891B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 呂廣強;程媛;劉士友;王宏宇;安路
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;F24H9/20;G06F119/08;G06F113/14
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

1.一種變功率儲水式電熱水器的溫度模型構建方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、通過Gambit軟件分別對不同的入水口管徑的三通管道進行模型搭建；

步驟2、采用Fluent軟件對不同入水口管徑的模型進行仿真實驗，得到多組入水口管徑與質量流量的數據；

步驟3、將入水口管徑和質量流量的數據進行擬合，得出管徑與質量流量的一次函數關系式；具體為：

將Fluent仿真得到的入水口和出水口流量以及管徑的數據代入Matlab中，采用CurveFitting進行曲線擬合，橫坐標為熱水入口管徑D_hot，縱坐標為熱水入口質量流量Masshot，從而找到熱水入口管徑D_hot和熱水入口質量流量Masshot之間的函數關系如下：

Masshot＝4.9D_hot-2.7253×10^-5

上式中Masshot為熱水入口的質量流量，單位為kg/s，D_hot為熱水入口的管徑，單位為m；

將上式中的D_hot用總管徑D和水龍頭旋轉角度δ表示則有：

步驟4、將質量流量用管徑的形式表示出來后，與選定的加熱系數、比熱容以及溫升變化做乘積，得到出水時段和非出水時段的加熱功率表達式；具體為：

出水時段的電熱水器加熱功率P_heater1存在以下的關系：

非出水時段的電熱水器加熱功率P_heater2為：

上式中W_heater1為出水時段邊出水邊加熱所需的能量，W_heater2為非出水時段加熱所需的能量，單位為J，t_out為出水時間，t_set為用戶設定的加熱時間，單位為s；H₁和H₂分別為出水時段和非出水時段的加熱系數，而出水時段的W_heater1可寫成以下形式：

W_heater1＝C_p×Masshot×ΔT×t_out

上式中C_p＝4.2×10³為水的比熱容，單位是J/(kg·℃)，ΔT＝T_set-T(t_n)為水溫由當前水箱內的水溫上升到水溫設定值的溫度差，T_set為用戶設定的加熱溫度，T(t_n)為當前水箱內的水溫，單位為℃；

W_heater2＝C_p×V×ρ_water×ΔT

上式中，V為水箱內水的容積，單位為m³，ρ_water＝10³為水的密度，單位kg/m³；

然后將熱水入口質量流量Masshot用熱水入口管徑D_hot來表示并代入上式則有：

W_heater1＝C_p×(4.9D_hot-2.7253×10^-5)×ΔT×t_out

可將上式分別代入出水時段的加熱功率P_heater1和非出水時段的加熱功率P_heater2的公式中，得出出水時段的電熱水器加熱功率P_heater1以及非出水時段的加熱功率P_heater2的函數表達式分別為：

步驟5、將加熱功率的表達式代入到原溫度模型中，得到變功率儲水式電熱水器的溫度模型；具體為：

原電熱水器出水時段的溫度模型為：

上式中為恒流出水流量，單位為m3/s，Massall為混合水出口質量流量，單位為kg/s；T_out為恒流出水溫度，T_in為電熱水器冷水入口進水溫度，單位為℃，K_F為保溫系數，單位為W/℃；

電熱水器非出水時段的溫度模型為：

將出水時段的電熱水器加熱功率P_heater1以及非出水時段的加熱功率P_heater2的函數表達式代入到電熱水器的溫度模型中，則出水時段的溫度模型可改寫為：

非出水時段的溫度模型可改寫為：